Uurimismeetodid

Igal uurimismeetodil on lahutusvõime piir, mille määrab selle kasutatava lainepikkus või sond, ja just see üksainus asjaolu korrastab kogu tööriistakomplekti. Nähtava valguse lainepikkus on umbes 500 nanomeetrit, seega ei suuda optiline mikroskoop — ükskõik kui hästi ehitatud — lahutada detaile, mis on väiksemad kui ligikaudu see, mis välistab üksikute aatomite (mille vahekaugus on kümnendik nanomeetrit) nägemise definitsiooni järgi, mitte kehva inseneritöö tõttu. Sellest punktist edasi suurendamine annab suurema häguse, mitte rohkem detaile.

Eri sondid nihutavad piiri allapoole, kasutades midagi lühema lainepikkusega. Röntgenkiirgusel on aatomitevahelise kaugusega võrreldav lainepikkus, mistõttu saab röntgendifraktsiooniga uurida kristalli struktuuri — kuid see ei anna pilti. Kristalli korrapärane, korduv võre hajutab röntgenkiired teravate täppide mustriks, mille asukohad ja intensiivsused kodeerivad võre sümmeetriat ja kaugust; aatomite paigutuse taastamine sellest mustrist on arvutus, mitte fotograafia. Elektronmikroskoopia kasutab elektrone, mille lainepikkus praktilistel energiatel on veel lühem, ja suudab moodustada reaalruumi kujutisi, mis lahutavad otse üksikuid aatomeid — tõeliselt teistsugune info kui difraktsioonimuster, saadud tõeliselt teistsuguse füüsikalise protsessi kaudu.

Spektroskoopia on jälle erinev: asukoha lahutamise asemel kasutab see proovi sidet ja elektronstruktuuri, et määrata, millest see koosneb ja kuidas see on seotud, ilma kindla pikkusmõõtkavata üldse. Uurimismeetodi valimine ei ole seega küsimus "milline on parim", vaid sond tuleb sobitada konkreetse küsimusega — asukoht nanomeetri mõõtkavas nõuab mikroskoopiat, kristalli sümmeetria nõuab difraktsiooni, keemiline identiteet nõuab spektroskoopiat, ja uue materjali täielik uurimine vajab tavaliselt neid mitut koos.